Departamento de Ciências do Mar
Nádia Nogueira Marques
Dinâmica oceânica no espaço marítimo português:
Caraterização de massas de água e circulação oceânica
Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Ciências Militares Navais,
na especialidade de Marinha
Alfeite
2017
Dinâmica oceânica no espaço marítimo português:
Caraterização de massas de água e circulação oceânica
Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Ciências Militares Navais, na especialidade de Marinha
Orientação de: 817173 CMG Carlos Lopes da Costa
O Aluno Mestrando O Orientador
_____________________________________________ ______________________________________________ Alfeite
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Epígrafe
“Mar sonoro, mar sem fundo, mar sem fim. A tua beleza aumenta quando estamos sós E tão fundo intimamente a tua voz Segue o mais secreto bailar do meu sonho. Que momentos há em que eu suponho Seres um milagre criado só para mim.”
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Agradecimentos
Para a realização deste trabalho de investigação foram muitos os que, direta ou indiretamente, o tornaram possível. Por esta razão exponho assim os meus agradecimentos: Ao meu orientador, Capitão-de-mar-e-guerra Lopes da Costa, pela forma incansável como sempre se predispôs a ajudar-me, e por todas as suas recomendações que foram essenciais para o desenvolvimento e melhoria do meu trabalho. Ao STEN TSN Gaspar Merca, por desde o início se ter disponibilizado a dar-me os inputs programáticos necessários para avançar com este projeto. Ao Instituto Hidrográfico e à National Oceanic and Atmospheric Administration, por me terem auxiliado na recolha de dados e decisão de método de cálculo. Aos meus pais e irmão, por todo o apoio e motivação que me deram nos momentos mais difíceis, e pela compreensão pela minha ausência e indisponibilidade. Ao Tiago e ao João, pelo seu muito tempo despendido a auxiliarem-me nos conteúdos programáticos utilizados. À Raquel, pela verdadeira amizade, pelo exemplo e pela motivação constante.
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Resumo
A seguinte investigação tem como questão central o estudo e demonstração gráfica dos fenómenos e constituintes das massas de água e correntes, existentes no espaço marítimo português. O principal objetivo desta dissertação consiste em ir de encontro aos fundamentos teóricos deste assunto, utilizando conteúdos programáticos e dados mais atualizados possíveis.
Na área de investigação que foi escolhida para estudo, é possível perceber visualmente através da interpretação de gráficos, como se comportam as massas de água quer vertical quer horizontalmente nas colunas de água.
Desde fenómenos mais abrangentes como o giro subtropical que influencia as águas costeiras, até fenómenos locais como a Mediterranean Outflow Water ou a Corrente e Contra Corrente dos Açores são tratados e analisados, a partir das suas características básicas como a temperatura, salinidade e consequente densidade e velocidade do som.
Este tipo de projeto deve ser algo que deve estar em constante atualização uma vez que a dinâmica oceânica, tal como outros fatores, sofrem alterações anuais que podem, no caso militar, determinar o sucesso ou insucesso de uma missão. Sendo a Marinha Portuguesa um ramo militar que está constantemente dependente do mar para as suas missões, é necessário o estudo desta área nunca se dar como findo, procurando sempre mais e melhor informação.
Palavras-Chave: Mediterranean Outflow Water, Corrente dos Açores, Base de dados, Gráficos, Temperatura, Salinidade.
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Abstract
The follow on investigation has as the main question the study and demonstration of mechanisms and constituents of the water masses and currents, that exists on the portuguese maritime space. The main goal of this dissertation it's confirming the theoretical foundations, by using programmatic contents and the most updated data.
In the choosen area for this investigation, it's possible to visually understand how the water masses behave, vertically and horizontally, in the water columns, through graphic interpretation.
From broader phenomena such as the subtropical gyre, that influences coastal waters, or even phenomena like the Mediterranean Outflow Water or Azores Current and CounterCurrent, are treated and analyzed from basic characteristics such as temperature, salinity, and consequent density and sound velocity.
This type of project should be something that must be constantly updated since, like other factors, ocean dynamics change constantly, and in the military case, this can be fatal for the mission success. As the portuguese navy is a military branch that is totally dependent of the sea for its missions, it is vital that studies in this area keep moving forward, always seeking for more and better information.
Keywords: Mediterranean Outflow Water, Azores Current, Data Bases, Graphics, Temperature, Salinity.
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Índice
Epígrafe ... v Agradecimentos ...vii Resumo ... ix Abstract ... xiLista de Figuras ... xvii
Lista de abreviaturas, siglas e acrónimos ... xxiii
1. Introdução... 1
1.1. Enquadramento geral ... 1
1.2. Âmbito e metodologia da dissertação ... 1
1.3. Pertinência do tema ... 2
1.4. Estrutura da dissertação ... 3
2. Enquadramento teórico ... 5
2.1. Distribuição e caraterização de massas de água ... 5
2.1.1. Mediterranean Outflow Water ... 9
2.2. Corrente e Contra Corrente dos Açores ... 13
2.3. Dinâmica costeira de Portugal Continental ... 18
3. Desenvolvimento da programação computacional ... 23
3.1. Método de investigação... 23
3.1.1. Área de investigação... 23
3.1.2. Base de dados ... 25
3.1.3. Escolha de gráficos ... 26
3.2. Software Matlab ... 28
xiv
3.2.2. Graphical User Interface ... 30
3.2.3. Funções de inicialização ... 31
3.2.4. Funções de preparação ... 32
3.2.5. Funções de organização de dados ... 32
3.2.6. Funções da área geográfica ... 32
3.2.7. Funções de menus ... 33
3.2.8. Funções de gráficos, eixos e radiobuttons ... 34
4. Tratamento e interpretação de resultados ... 35
4.1. Análise geral ... 35
4.2. Análise por situação geográfica ... 37
4.3. Análise por camadas de imersão ... 43
4.4. Análise por latitudes fixas ... 48
4.5. Análise por longitudes fixas ... 51
4.6. Análise geostrófica ... 54 4.6.1. Secções verticais ... 55 4.6.2. Secções horizontais ... 57 Conclusão e Recomendações ... 63 Referências bibliográficas ... 67 Apêndices ... 71
Apêndice A – Resumo alargado da investigação ... 73
Apêndice B - Código Matlab para o cálculo da densidade segundo EOS-80 ... 85
Apêndice C - Código Matlab para o cálculo da velocidade do som segundo EOS-80 ... 89
Apêndice D - Tabela do estudo das diferenças relativas entre EOS-80 e TEOS-10 ... 91
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Apêndice E - Código Matlab para as funções de inicialização do GUI ... 93
Apêndice F - Código Matlab para as funções de preparação ... 95
Apêndice G - Código Matlab para a função de carregamento de dados ... 99
Apêndice H - Código Matlab para a função de cálculo ...101
Apêndice I - Código Matlab para a função de filtragem de dados ...111
Apêndice J - Código Matlab para a formatação do local ...115
Apêndice K - Código Matlab para a formatação da barra de menus ...121
Apêndice L - Exemplo de exportação de dados em fomato .xls ...135
Apêndice M - Código Matlab para atualização de gráficos ...137
Apêndice N - Código Matlab para definição de gráficos contour ...167
Apêndice O - Código Matlab para exportação de gráficos ...169
Apêndice P - Código Matlab para os radiobuttons ...171
Anexos...173
Anexo A - Excerto das folhas de dados recolhidos para o estudo nas variáveis de temperatura e salinidade ...175
Anexo B - Ficheiros de código Matlab da Gibbs-SeaWater (GSW) Oceanographic Toolbox ...177
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Lista de Figuras
Figura 1 - Distribuição mundial das principais correntes oceânicas, e de alguns rios. ... 5 Figura 2 - Esquema representativo da Meridional Overturning Circulation (MOC). . 6 Figura 3 - Distribuição global de massas de água intermédias. ... 8 Figura 4 - Ampliação da zona oeste do Estreito de Gibraltar, onde mostra a Bacia de Tânger (TB), o monte de Majuan (MB), o Camarinal Sill (CS) e o Espartel Sill (ES). Estão representadas também as profundidades de 290 m (CSd) a meio canal, e 80 m (CSs) mais perto da costa a sul. ... 11 Figura 5 - Imagem resultante de vários sensores e satélites que demonstra várias zonas de anomalias à superfície do Atlântico Norte. Estas anomalias em profundidade são consideradas “eddies de oceano profundo”, que neste caso em concreto são resultado do MOW, os meddies. As áreas em branco não têm dados associados. ... 12 Figura 6 – Esquema representativo dos valores do transporte das massas de água durante o outflow da água mediterrânica. ... 15 Figura 7 - Esquema representativo do local de forçamento de massa onde os fluxos zonais fecham a circulação ciclónica. ... 17 Figura 8 - Esquema representativo da batimetria do Estreito de Gibraltar. ... 18 Figura 9 – Esquemas representativos do transporte de Ekman nos processos de upwelling, no Hemisfério Norte (à esquerda), e no Hemisfério Sul (à direita). ... 19 Figura 10 - Esquema representativo do transporte de Ekman no processo de downwelling, no Hemisfério Norte. ... 20 Figura 11 - Representação gráfica da área de estudo compreendida entre as latitudes 30ºN e 45ºN, e entre as longitudes 005ºW e 040ºW. ... 24 Figura 12 - Representação gráfica da área de estudo e as respetivas divisões pelas latitudes 31,5ºN, 35,5ºN, 39,5ºN e 43,5ºN, e pelas longitudes 011,5ºW, 019,5ºW, 026,5ºW e 035,5ºW. ... 24
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Figura 13 - Graphical User Interface criado, sem carregamento de dados e com todos os campos desativados. ... 31 Figura 14 - Graphical User Interface criado, com dados carregados e com gráficos exemplificativos para uma área escolhida. ... 31 Figura 15 (à esquerda) e Figura 16 (à direita) - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido, onde são representadas as médias, máximos e mínimos das variáveis temperatura e salinidade compreendidas na área de investigação. ... 36 Figura 17 (à esquerda) e Figura 18 (à direita) - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido, onde são representadas as médias, máximos e mínimos das variáveis densidade e velocidade do som compreendidas na área de investigação. ... 37 Figura 19 - Imagem situacional do Google Earth (em cima) e gráficos de perfis verticais resultantes do programa em Matlab produzido, nas coordenadas 31,5ºN e 011,5ºW. Representação da temperatura, salinidade e velocidade do som (esquerda para a direita) ao longo da profundidade. ... 38 Figura 20 - Imagem situacional do Google Earth (em cima) e gráficos de perfis verticais resultantes do programa em Matlab produzido, nas coordenadas 35,5ºN e 011,5ºW. Representação da temperatura, salinidade e velocidade do som (esquerda para a direita) ao longo da profundidade. ... 39 Figura 21 - Imagem situacional do Google Earth (em cima) e gráficos de perfis verticais resultantes do programa em Matlab produzido (no meio da temperatura, e em baixo da salinidade). A coluna da esquerda representa as coordenadas 35,5ºN e 019,5ºW, e a da direita as coordenadas 35,5ºN e 026,5ºW. ... 40 Figura 22 - Imagem situacional do Google Earth (em cima) e gráficos de perfis verticais resultantes do programa em Matlab produzido, nas coordenadas 39,5ºN e 011,5ºW. Representação da temperatura, salinidade e velocidade do som (esquerda para a direita) ao longo da profundidade. ... 41 Figura 23 - Imagem situacional do Google Earth (em cima) e gráficos de perfis verticais resultantes do programa em Matlab produzido, nas coordenadas 43,5ºN e
xix 011,5ºW. Representação da temperatura, salinidade e velocidade do som (esquerda para a direita) ao longo da profundidade. ... 42 Figura 24 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido, compreendidos na área de investigação. Distribuição de temperaturas (ºC) nas profundidades: 0, 100, 500, 1000, 1500 e 2000 m (sequência da esquerda para a direita e de cima para baixo). ... 43 Figura 25 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido, compreendidos na área de investigação. Distribuição de salinidades (g/kg) nas profundidades: 0, 100, 500, 1000, 1500 e 2000 m (sequência da esquerda para a direita e de cima para baixo). ... 45 Figura 26 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido, compreendidos na área de investigação. Distribuição de densidades (kg/m3) nas profundidades: 0, 100, 500, 1000, 1500 e 2000 m (sequência da esquerda para a direita e de cima para baixo). ... 46 Figura 27 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido, compreendidos na área de investigação. Distribuição da velocidade do som (m/s) nas profundidades: 0, 100, 500, 1000, 1500 e 2000 m (sequência da esquerda para a direita e de cima para baixo). ... 47 Figura 28 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da temperatura, salinidade e velocidade do som (da esquerda para a direita), na latitude 31,5ºN... 48 Figura 29 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da temperatura, salinidade e velocidade do som (da esquerda para a direita), na latitude 35,5ºN... 49 Figura 30 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da temperatura, salinidade e velocidade do som (da esquerda para a direita), na latitude 39,5ºN... 50
xx
Figura 31 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da temperatura, salinidade e velocidade do som (da esquerda para a direita), na latitude 43,5ºN... 51 Figura 32 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da temperatura, salinidade e velocidade do som (da esquerda para a direita), na longitude 011,5ºW. ... 52 Figura 33 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da temperatura, salinidade e velocidade do som (da esquerda para a direita), na longitude 019,5ºW. ... 53 Figura 34 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da temperatura, salinidade e velocidade do som (da esquerda para a direita), na longitude 035,5ºW. ... 54 Figura 35 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da corrente geostrófica na componente N/S ao longo das longitudes, nas latitudes fixas 31,5ºN, 35,5ºN, 39,5ºN e 43,5ºN (esquerda para a direita, e de cima para baixo)... 55 Figura 36 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da corrente geostrófica na componente E/W ao longo das latitudes, nas longitudes fixas 011,5ºW, 019,5ºW, 026,5ºW e 035,5ºW (esquerda para a direita, e de cima para baixo). ... 56 Figura 37 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da corrente geostrófica na componente N/S ao longo da área da investigação, nas diferentes camadas de imersão: superfície, 100 m, 500 m e 1000 m de profundidade (esquerda para a direita, e de cima para baixo). ... 58 Figura 38 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da corrente geostrófica na componente E/W ao longo da área da investigação, nas diferentes camadas de imersão: superfície, 100 m, 500 m e 1000 m de profundidade (esquerda para a direita, e de cima para baixo). ... 60
xxi Figura 39 - Resultados gráficos do programa em Matlab produzido. Análise da corrente geostrófica na componente N/S e E/W (esquerda e direita respetivamente), na área compreendida por 30-50ºN e 005-070ºW, à superfície. 61
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Lista de abreviaturas, siglas e acrónimos
AAIW Antarctic Intermediate Water / Massa de água intermédia da Antártida
ºC Graus Celsius CA Corrente dos Açores
CCA Contra Corrente dos Açores
CTD Conductivity-Temperature-Depth / Condutividade-Temperatura-Profundidade
ENACW Eastern North Atlantic Central Water / Massa de água central do Atlântico Norte Oriental
GUI Graphical User Interface
m metros
MOC Meridional Overturning Circulation / Overturning da circulação meridional
MOW Mediterranean Outflow Water / Água do outflow do Mediterrâneo MW Mediterranean Water / Massa de água mediterrânica
NACW North Atlantic Central Water / Massa de água central do Atlântico Norte
NADW North Atlantic Deep Water / Massa de água profunda do Atlântico Norte
NATO North Atlantic Treaty Organization / OTAN - Organização do Tratado do Atlântico Norte
NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration / Administração nacional do Oceano e da Atmosfera
NODC National Oceanographic Data Center / Centro Nacional de Dados Oceanográficos
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QC Questão Central QD Questão Derivada
SAIW Subarctic Intermediate Water / Massa de água intermédia do Subártico
SA Salinidade absoluta
SP Salinidade prática
SOFAR Sound Fixing and Ranging Channel SIG Sistema de Informação Geográfica Sv Sverdrup
TC Temperatura conservativa
UNESCO United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization ups unidade prática de salinidade
VP Vorticidade Potencial
WNACW Western North Atlantic Central Water / Massa de água central do Atlântico Norte Ocidental
WOA World Oceanic Atlas / Atlas Mundial de Oceanos
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1. Introdução
1.1. Enquadramento geral
A circulação oceânica global pode ser dividida em duas partes: a profunda, e a forçada pela tensão do vento. Quanto à circulação profunda, esta é iniciada pelo aumento da densidade nas camadas superficiais por diversos processos sejam eles por arrefecimento ou pelo aumento do grau de salinidade. Na circulação forçada direta ou indiretamente pelo vento, esta acontece nas primeiras centenas de metros e a sua influência é sobretudo a nível horizontal, no entanto a partir destes podem resultar forçamentos verticais como o upwelling e downwelling que vão induzir circulação geostrófica. O efeito de Coriolis é o fenómeno explicativo do comportamento do vento e das correntes marítimas, provocando um desvio de vento para a direita no Hemisfério Norte, e para a esquerda no Hemisfério Sul.
A área geográfica do espaço marítimo português, do ponto de vista oceanográfico, é caraterístico pela sua dinâmica de correntes, massas de água diversas e consequentes fenómenos hidrológicos como vórtices de mesoscala. As correntes marítimas de circulação geral desta zona estão associadas à parte nordeste do giro subtropical aqui existente, englobando correntes como a Corrente da Deriva do Atlântico Norte e a Corrente de Portugal ou das Canárias. Associado também a estas correntes, estão as alterações provocadas pelo fluxo de saída e entrada da água no Mar Mediterrâneo que consequentemente influenciam todo o comportamento das massas de água da periferia.
1.2. Âmbito e metodologia da dissertação
Esta dissertação tem como objetivo abordar de um modo diferente a temática oceanográfica de caracterização das massas de água do espaço marítimo português. Até aos tempos de hoje muitos têm sido os estudos teóricos que tentam explicar todos os mecanismos e fenómenos ocorrentes nas águas que banham a costa ocidental da Península Ibérica, no entanto acaba sempre por existir alguma controvérsia quanto aos seus limites e extensões. A investigação levada a cabo nesta dissertação tem como intenção interpretar graficamente, e de várias perspetivas o comportamento das massas de água e correntes oceânicas.
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A conceção desta ideia surgiu no âmbito de empregar métodos computacionais para facilitar a visualização da localização e divisão destas manifestações hidrológicas. Ao serem utilizados dados climáticos atuais e previamente trabalhados previu-se um produto que permitisse uma apresentação qualitativa e quantitativamente viável que permitisse confirmar estudos já realizados.
Foi com base nestes argumentos que se pretendeu desenvolver a dissertação, partindo da seguinte questão central:
QC. Como podem ser caracterizadas as massas de água que têm influência no espaço marítimo nacional?
Como consequência da questão central apontada, e com o intuito de responder e validar os dados recolhidos, foram deduzidas as seguintes questões derivadas:
QD1. Qual a dinâmica oceânica costeira característica ao largo de Portugal Continental?
QD2. Qual a influência da água mediterrânica e dos meddies no Atlântico Norte? QD3. Como pode ser explicado o sistema das correntes e contracorrentes zonais dos
Açores?
No desenvolvimento desta dissertação é recorrido ao método de investigação científica como forma de aquisição e produção de conhecimentos designadamente no teste e validação de hipóteses que possam vir a consolidar teorias científicas quanto aos processos físicos do oceano. A primeira parte desta investigação recai essencialmente na análise de artigos científicos e estudos já existentes, enquanto a segunda parte tem um cariz prático de criação de um software que como produto final permite aplicar não só os conteúdos desta problemática, mas também de outras partes do mundo.
1.3. Pertinência do tema
Sendo a Terra um planeta repleto de recursos naturais, são cada vez mais os estudos realizados de modo a se conseguir aproveitar e aplicá-los da melhor
3 maneira. Devido à situação geográfica de Portugal, é-nos permitido ter grande acesso ao recurso natural que ocupa 71% da superfície terrestre, o Mar. Desde os remotos tempos dos Descobrimentos até aos dias de hoje, Portugal sempre foi considerado um país de mar, e este sempre teve um papel fundamental na nossa economia, abrangendo desde o setor primário ao terciário.
Como portugueses, cidadãos e militares, é de nosso maior interesse saber mais sobre este recurso que nos rodeia. Para a Marinha Portuguesa o mar é a nossa principal via de transporte e é nele que se desenvolvem buscas, investigações e até táticas, podendo ser crucial e proveitoso a informação da oceanografia física.
Nesta investigação informações como o tipo de correntes existentes, os vários níveis de imersão de temperatura ou até a velocidade do som na água pode ter bastante empregabilidade na operacionalidade naval. A acústica submarina, por exemplo, tem uma enorme relevância em aplicações militares pela facilidade de deteção de submarinos, minas ou restos de naufrágios, e a partir deste estudo é possível saber onde e quais são os perfis mais adequados para este tipo de operações.
1.4. Estrutura da dissertação
Relativo ao plano de dissertação, houve necessidade de alteração e inserção de alguns assuntos com o propósito de ir de encontro à finalidade do estudo. O capítulo 1 teve como objetivo enquadrar o tema desta dissertação mais concretamente a nível da geografia e a nível dos fenómenos e mecanismos físicos existentes na área, sendo consequentemente justificado a pertinência e o objetivo desta investigação.
O capítulo 2 constitui uma base teórica para caraterizar e relacionar a dinâmica existente na área escolhida para análise, sendo abordado apenas o essencial de cada assunto, evitando a sua repetição pormenorizada já realizada em vários estudos recentes. No capítulo 3 é apresentado o estudo realizado, desde a escolha da área de estudo até à programação computacional adequada para esta investigação, e no capítulo 4 é mostrado o produto final e as respetivas análises e interpretações.
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Esta investigação tem o seu término com a apresentação de conclusões e sugestões de emprego deste estudo, estando também presentes vários anexos e apêndices que complementam o seu conteúdo, nomeadamente todo o código programático, e um resumo alargado de todo o estudo - Apêndice A.
Adicionalmente a esta investigação, existe também um CD, onde pode ser encontrado o programa, com respetivas indicações de utilização, construído para esta dissertação. A idealização deste CD adveio da possibilidade de dar aos utilizadores oportunidade de experiência ou até mesmo posterior melhoramento do programa.
5
2. Enquadramento teórico
2.1. Distribuição e caraterização de massas de água
O conceito de massa de água deriva da meteorologia, uma vez que nesta área é utilizado o conceito de “massas de ar” para classificar as diferentes características atmosféricas. Por este motivo em oceanografia é utilizado o conceito de massas de água uma vez que os oceanos são considerados estratificados pelas diferentes misturas de orientação vertical e horizontal (Emery, 2003). Globalmente, as correntes oceânicas são forçadas por dois mecanismos: sendo à superfície o fator principal o vento, e em profundidade os gradientes de densidade, e consequentemente estes mecanismos provocam transformações nas massas de água, suscitando interesse de estudo.
Figura 1 - Distribuição mundial das principais correntes oceânicas, e de alguns rios.1
Como irá ser mencionado várias vezes ao longo desta investigação, para medir o volume do transporte das massas de água é utilizado a unidade Sverdrup2. As principais correntes mundiais, Figura 1, têm uma enorme capacidade de transporte, e como comparação da sua capacidade de volume de transporte, podemos mencionar o Rio Amazonas (o mais caudaloso rio do mundo) que tem um
1 Adaptado de http://www.meted.ucar.edu/oceans/currents/navmenu.htm.
2 Sverdrup, simbolizada por Sv, é uma unidade de medida que representa o transporte de água
pelas correntes oceânicas, sendo que utilizado quase em exclusivo na área de oceanografia (1 Sv ≡ 106 m3s-1).
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fluxo de aproximadamente 0,2 Sv. No caso mais concreto da nossa investigação, no Oceano Atlântico Norte estamos perante a influência de duas grandes correntes: Corrente do Golfo (70-100 Sv) e Corrente do Labrador (4-5 Sv).
A Meridional Overturning Circulation (MOC), Figura 2, tem um importante papel na circulação mundial. Esta circulação transporta águas quentes superficiais para latitudes a norte, e devolve águas profundas frias para sul, passando pelo equador.
Este transporte contribui substancialmente para uma moderação do clima marítimo e continental europeu, e quaisquer que sejam as alterações nesta circulação pode trazer implicações graves na estabilidade climática. Segundo Bryden et al. (2005) na secção dos 25ºN de latitude a MOC diminuiu de velocidade em 30% entre os anos 1957 e 2004.
Figura 2 - Esquema representativo da Meridional Overturning Circulation (MOC).3
A maior parte da água profunda tem origem no Atlântico Norte, sendo aí o local onde a água quente proveniente da Corrente do Golfo arrefece, resultando água fria e com elevado grau de salinidade.
Quando tentamos caraterizar a distribuição das massas de água, é necessário escolher as melhores ferramentas para o fazer. A ferramenta mais básica é a utilização de gráficos do formato propriedade versus propriedade, de
7 modo a facilitar a análise e interpretação dos resultados. O mais usual destes gráficos é o diagrama T-S (Temperatura-Salinidade). Outras propriedades podem também ser utilizadas para especificar o tipo de massa de água, no entanto há sempre um erro associado. Os valores de oxigénio e de nutrientes são outras propriedades que podem ser utilizadas, no entanto são bastante influenciáveis por atividade biológica e dissolução química de material orgânico que se dilui ao longo da coluna de água (Emery, 2003).
Desde Sverdrup et al. (1942), que coletou e analisou inúmeras observações oceanográficas, foram poucos os que voltaram a analisar a distribuição de massas de água a uma escala global. Contudo, apesar da nomenclatura das massas de água no Oceano Atlântico se ter tornado confusa ao longo deste último século, aparentemente as massas de água têm permanecido essencialmente as mesmas (Wright e Worthington, 1970).
É estimado que a distribuição horizontal destas massas de água seja feita em três camadas verticais: a superficial (0-500 m), a intermédia (500-1500 m) e a profunda (1500 m até ao fundo). A utilização de uma classificação de camadas verticais não é a mais indicada, porque uma vez que as diferentes massas de água têm origem na superfície, acabaria por se tornar uma classificação incerta.
No âmbito desta investigação apenas algumas das massas de água irão ser mencionadas quanto à sua formação e localização, dando assim ênfase à North Atlantic Central Water (NACW), Mediterranean Water (MW), Subarctic Intermediate Water (SAIW), Antarctic Intermediate Water (AAIW) e à North Atlantic Deep Water (NADW).
O Atlântico Norte tem a estrutura horizontal de massas de água mais complexa de todos os oceanos. As massas de água superficiais do Hemisfério Norte do Oceano Atlântico podem ser divididas em leste-oeste, uma vez que as suas características e influências são diferentes. A principal massa de água do Norte Atlântico é a NACW e esta pode ser subdividida em dois ramos: a Eastern North Atlantic Central Water (ENACW) que sofre bastante influência da MOW, e a Western North Atlantic Central Water (WNACW) cujas caraterísticas se devem à
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influência da Corrente do Golfo. A NACW é caracterizada pelo seu estreito intervalo no diagrama T-S, sendo que os valores [T-S] mais próximos da superfície na WNACW e na ENACW são respetivamente: [18,0-19,0ºC; 36,4-36,6 ups4] e [18,0-19,0ºC; 36,5-36,7 ups], e mais próximos da camada inferior são: [7,0-8,5ºC; 35,0-35, 1 ups] e [8,5-9,5ºC; 35,0-35,2-35,0-35,3 ups] (Harvey e Arhan, 1988; Pollard et al., 1996). Confirmando assim que as massas de água superficiais ou centrais têm uma maior variação de propriedades, no entanto fisicamente ocupam o menor volume do oceano (Emery, 2003). Exatamente acontecendo o oposto com as massas de água profundas, uma vez que têm uma variação de propriedades muito restrita, mas ocupam um volume de oceano bastante substancial.
Nos níveis de água intermédia é observada uma mistura entre MW, SAIW e AAIW (Bashmachnikov et al., 2015) - Figura 3.
Figura 3 - Distribuição global de massas de água intermédias.5
A SAIW é uma água relativamente fria (4,0-7,0ºC), que se forma nas latitudes 50-54ºN. Uma parte desta massa de água é advectada, entre os 45-55ºN, pela Corrente do Norte Atlântico, sendo que outra parte espalha-se para sudeste
4 A definição de salinidade foi estabelecida em 1978 pela UNESCO, acompanhada pela respetiva
escala denominada Practical Salinity Scale 1978 (PSS 78), sendo a unidade adimensional para a salinidade a practical salinity unit (psu), ou unidade prática de salinidade (ups). É calculada a partir da condutividade da água do mar.
5 Adaptado de
9 até aos 40-45ºN (McCartney e Talley, 1982; Harvey e Arhan, 1988; Tsuchiya, 1989; Arhan, 1990).
Segundo Emery (2003), a sul do oceano, a região de formação da AAIW é marcada pela localização da Frente do Oceano Polar6 (Schmitz, 1996; Tomczak e Godfrey, 2003), conhecido por variações na sua força e na sua localização, podendo estas massas de água chegar a alcançar a latitude de 20ºN no Oceano Atlântico, a sul das Ilhas Canárias. A AAIW é marcada pelo seu extremo mínimo de salinidade e temperaturas, 2,0-6,0ºC e 33,8-34,8 ups.
A MW é formada a partir do outflow da água do Mar Mediterrâneo, no Oceano Atlântico, sendo caraterizada pelo seu elevado nível de salinidade e temperatura, e pelo baixo grau de oxigénio e nutrientes. A partir do Estreito de Gibraltar a MW flui ao longo da plataforma e talude continentais e este afundamento é acompanhado pela sua mistura com a água em redor (NACW e NADW, esta por baixo). A zona mais profunda da MW é presumivelmente misturada com a NADW, a sul da Corrente dos Açores, alterando as suas propriedades (Harvey e Arhan, 1988; Iorga e Lozier, 1999a; van Aken, 2000b).
A formação da NADW ocorre a noroeste do Norte Atlântico, onde a massa de água diminui a sua temperatura e afunda direcionando-se para camadas inferiores, iniciando o seu percurso ascendente próximo da Corrente Circumpolar Antártica, perto da latitude dos 50ºS (Stommel, 1957).
2.1.1. Mediterranean Outflow Water
As caraterísticas que mais se destacam no Atlântico Norte subtropical são as propriedades de termoclina bem acentuadas em elevado grau de salinidade e temperatura, sendo a sua causa proveniente de fenómeno hidrográfico denominado de “língua salina” do Mediterrâneo (Bower et al., 2002).
6 Ou Convergência Subpolar Antártica, nas latitudes de 50º a 55º S, onde os ventos prevalecentes de
oeste, ou westerlies, aumentam com a latitude, daí resultando convergência horizontal na superfície e descida de água superficial para profundidades intermédias.
10
A água que provém do Oceano Atlântico e que progressivamente vai entrando no Mar Mediterrâneo, através do Estreito de Gibraltar, começa aqui a sofrer sucessivas transformações quanto à sua composição. Segundo Kinder e Bryden (1987), no Mar Mediterrâneo, está registado uma evaporação de cerca de 60 cm/ano o que leva à produção de uma água com cerca de mais 2,1 ups, ou seja uma água mais salina e mais densa. Porções destas águas mais densas fluem de regresso para o Estreito de Gibraltar, podendo ser um processo que demora entre 7 a 70 anos (Artale et al., 2006), alimentando a MOW.
É no Estreito de Gibraltar que é observável uma saída de fluxo de água Mediterrânica (MOW), sendo que esta por ser mais densa em comparação com a água do Oceano Atlântico, em seu redor, desce até aos cerca de 1000 m de profundidade do talude continental, na parte leste do Golfo de Cádis.
Segundo García-Lafuente et al. (2011) a MOW, após passar o Estreito de Gibraltar, encontra, antes de começar a fazer parte da corrente gravitacional na North Atlantic Central Water (NACW), uma zona topograficamente relevante e influenciável para o seu trajeto, a Bacia de Tânger. Existem evidências experimentais (Bray et al., 1995; García Lafuente et al., 2002) e numéricas (Winters and Seim, 2000; Sannino et al., 2004; Sánchez-Román et al., 2009) que demonstram que a mistura de massas de água começa a acontecer no Sill de Camarinal (CS) - Figura 4. García-Lafuente et al. (2011), num simples modelo de duas camadas, representando o fluxo da água Mediterrânica como HM, e o fluxo de água do Atlântico como HA, afirmou que no CS estes dois fluxos (HM+HA) tinham características diferentes ao fluxo de água original do Mediterrâneo, no entanto ainda não tinha características de outflow. No entanto no Espartel Sill (ES) o fluxo de água já tinha características de incorporação7 e mistura, sendo considerado já outflow.
7 Tradução da palavra entrainment, explicando o fenómeno que ocorre quando a MW desce ao
longo do talude do Golfo de Cádis, e incorpora NACW no fluxo descendente, duplicando o seu caudal para cerca de 2 Sv.
11 Figura 4 - Ampliação da zona oeste do Estreito de Gibraltar, onde mostra a Bacia de Tânger (TB), o monte de Majuan (MB), o Camarinal Sill (CS) e o Espartel Sill (ES). Estão representadas também as profundidades de 290 m (CSd) a meio canal, e 80 m (CSs) mais perto da costa a sul8.
Mais tarde, García-Lafuente et al. (2000) concluiu que a superfície com velocidade nula a leste do estreito coincidia com a superfície com salinidade de 37,9 ups, e que estava perto do fundo da camada intermédia, confirmando que o seu fluxo seguia na mesma direção que a camada superficial. Simulações numéricas mostraram um comportamento simétrico no ES, com a superfície com velocidade nula coincidindo com a superfície de salinidade 36,9 ups, que está localizado na parte superior da camada intermédia. Este fenómeno de trocas em duas direções diferentes é um comportamento explicado pela mistura de tipos de águas com velocidade de fluxo diferente, sendo considerado, a oeste do CS, o Mediterrâneo uma camada ativa, e o Atlântico uma camada passiva (Winters e Seim, 2000).
García-Lafuente et al. (2000) mostrou também um aumento de inflow e outflow a leste do CS, neste caso devido à mistura da água mediterrânica pela aceleração da camada de água do Atlântico.
12
Como foi referido anteriormente, a língua salina do Mediterrâneo acaba por ser água do Mediterrâneo com anomalias de altas temperaturas (7,0º a 11,0ºC) e altos índices de salinidade (35,1 ups a 36,0 ups), localizado a cerca de 1100 m de profundidade (Richardson et al., 1989), e é bastante utilizada de modo auxiliar na interpretação do balanço entre a lenta advecção e difusão turbulenta desde o Golfo de Cádis, considerado reservatório da MOW entre os 010ºW-020ºW e 30ºN-40ºN, até tão distante como por exemplo o Mar do Labrador (Sparrow et al., 2001). No entanto um dos impedimentos iniciais que se descobriu ao tentar seguir esta corrente salina, foi a existência de lentes de sal mediterrânicas anticiclónicas (McDowell e Rossby et al., 1978). Estes coerentes e energéticos vórtices, mais conhecidos por meddies, contêm grandes quantidades de água vinda do outflow de Gibraltar, distinguindo-se pelo seu conteúdo quente e salgado, até 1,0 ups e 4,0ºC maiores que o seu ambiente envolvente - Figura 5 (Richardson et al., 2000).
Figura 5 - Imagem resultante de vários sensores e satélites que demonstra várias zonas de anomalias à superfície do Atlântico Norte. Estas anomalias em profundidade são consideradas “eddies de oceano profundo”, que neste caso em concreto são resultado do MOW, os meddies. As áreas em branco não têm dados associados9.
9 Adaptado de Scientists Use Satellites to Help Detect Deep-Ocean Whirlpools - California Institute of
13 Os meddies têm uma velocidade própria, relativa ao escoamento, sendo as velocidades médias de 2,3 ± 0,6 cm/s para sul - sudeste, a norte de 36ºN, e velocidades de 1,3± 0,5 cm/s para sudoeste, a sul de 36ºN (Sparrow et al., 2001). Ao se libertarem da MOW movem-se para oeste na Bacia Ibérica, com significativa quantidade deles a serem destruídos nos montes submarinos (Richardson et al., 2000). Consequentemente, a salinidade libertada contribui diretamente para o transporte geral de salinidade.
A MOW depois de atingir a sua flutuação neutra, perto dos 008ºW, acaba por ser intensificada pela Corrente de Vertente, ou subcorrente do Mediterrâneo. Esta corrente, perto do Cabo de São Vicente, segue para norte e continua ao longo do talude continental, sendo o seu transporte provavelmente até ao Porcupine Bank (50ºN), a oeste da Irlanda.
Observações hidrográficas revelam que os meddies que se formam ao longo do talude, bloqueiam temporariamente a Corrente de Vertente fazendo afastar a MW para o largo ou interior do oceano. Posteriormente aos meddies se moverem do sítio, o escoamento retoma ao longo da fronteira.
2.2. Corrente e Contra Corrente dos Açores
A Corrente dos Açores (CA) faz parte do giro subtropical do Norte Atlântico e tem a sua origem a sul dos Grandes Bancos. A CA constitui um ramo da Corrente do Golfo e dirige-se para sudeste até à Crista Dorsal Atlântica a cerca de 34ºN e 37ºW, a sudoeste dos Açores (Kase e Siedler, 1982; Gould, 1985). Segundo Paillet e Mercier (1997), à medida que a CA se aproxima da fronteira leste, esta bifurca: um ramo para sul que acaba por se juntar à Corrente das Canárias, e outro ramo que flui até ao Golfo de Cádis, estando em investigação a sua extensão desde a Newfoundland Rise.
O transporte para leste do Atlântico Norte entre 32º e 35ºN realizado pela CA é observado em cerca de 10-12 Sv, sendo a sua maioria concentrado na camada dos 1000 metros superiores do oceano e realizando velocidades que excedem os 10 cm/s (Gould, 1985; Sy, 1988; Stramma e Muller, 1989; Pingree et al., 1999).
14
Associada a esta corrente está uma frente termohalina, a Frente dos Açores, que separa a massa de água de menores salinidades e temperaturas do Atlântico Norte, de uma massa de água com maiores salinidades e temperaturas (Alves et al., 2002). Fluindo no sentido contrário, para oeste, e a norte da CA, entre 37º e 38ºN, Onken (1993) foi o primeiro a sugerir a existência de outra corrente zonal, a Contra Corrente dos Açores (CCA), com um transporte de 2 a 8 Sv e bem pronunciada na camada de 0-800 metros. Stramma e Muller (1989) observaram um máximo de velocidade para a CCA de 7 cm/s.
As razões para a existência da Corrente dos Açores ainda não estão bem explicadas (Spall, 1990), no entanto segundo Jia (2000) alguns estudos numéricos concluíram que existe uma associação de dependência entre a CA e o Mar Mediterrâneo, uma vez que sempre que este é excluído a CA deixa de existir.
Como mencionado anteriormente, os outflows (ou overflows), são derramamentos de água, que passando o Estreito de Gibraltar, tem como seu destino o mar aberto. Ouflows, como o que acontece no Mar Mediterrâneo, ocorrem também em locais como o Estreito da Dinamarca e o Canal do Banco de Faroe acabando por ser consideradas as maiores fontes de massas de água intermédias no Atlântico Norte.
A importância do estudo deste fenómeno justifica-se pelo facto de com isto se conseguir determinar as propriedades do oceano profundo, sendo que os outflows afetam também as várias camadas sobrepostas do oceano.
Jia (2000) sugeriu que a formação da Corrente dos Açores depende da presença do campo de densidades induzido pelo outflow do Mediterrâneo. Como podemos observar mais claramente na Figura 6, a massa de água do Mar Mediterrâneo passa pelo Estreito de Gibraltar, apenas com 1 Sv, sendo que, devido à adição vinda da camada superior do Atlântico, a massa de água começa o seu percurso descendente ao longo do talude continental já com 2 Sv (Prince et al., 1993).
15 Figura 6 – Esquema representativo dos valores do transporte das massas de água durante o outflow da água mediterrânica.10
Posto o que foi dito anteriormente, como é que o oceano superior equilibra a perda de massa de água causada pela incorporação? Tem sido sugerido que a incorporação da NACW superior é capaz de induzir a CA e a CCA (Jia 2000; Ozgokmen et al., 2001; Kida 2006). A hipótese sustenta-se no conceito de dinâmica das plumas β introduzida por Stommel (1982).
Uma pluma β é um escoamento de grande escala guiada por um forçamento de pequena escala associado a fontes e sumidoiros de massa e de vorticidade potencial. A incorporação provocada pela MOW na NACW no Golfo de Cádis representa então um sumidoiro, uma vez que há perda de massa de água na camada superior da NACW para uma camada inferior (Jia, 2000; Ozgokmen et al., 2001) e também numa fonte de vorticidade potencial. A pluma β está descrita por Kida (2006) por ser uma circulação induzida pela perda ou ganho de massa numa determinada camada, sendo que consequentemente esta dinâmica pode ser descrita através da equação linear da vorticidade planetária, para uma superfície plana:
(1)
onde, é o gradiente de vorticidade planetária11, a velocidade meridional, a vorticidade planetária, a velocidade diapicnal (vertical, associada à
16
incorporação), a espessura da camada, o coeficiente lateral de viscosidade, e a vorticidade relativa12.
Analisando ambas as partes da equação linear da vorticidade planetária, imaginando uma bacia retangular, e assumindo que o atrito é desprezável no interior, uma perda de massa dentro dessa bacia ( ) é equilibrada por um escoamento para norte ( ), no Hemisfério Norte:
(2)
Uma vez no seu estado estacionário, isto é assumindo não haver variações temporais, o escoamento para norte tem ser equilibrado por um escoamento para sul, ainda que em área distante, de maneira a que se verifique conservação de massa.
Segundo Luísa Lamas (2009) aqueles dois fluxos meridionais são ligados por dois fluxos zonais que fecham a circulação ciclónica, a chamada pluma β planetária, Figura 7, devido à presença de um gradiente de vorticidade potencial (VP13), esta com contributos da vorticidade planetária (e sua variação com a latitude) e da vorticidade induzida pela variação da espessura da camada ativa (variação da batimetria em particular ao longo da margem continental). O transporte da pluma β depende assim da diferença deste gradiente de VP entre os dois jatos opostos zonais (caso da vorticidade planetária) ou ao longo da margem continental (caso da vorticidade induzida pela batimetria). A perda de massa numa região vai causar um aumento de VP (pelo vortex streching) nessa mesma região e,
11 Vorticidade planetária ou componente vertical local do vetor da rotação terrestre em torno do
seu eixo polar.
12 Componente vertical local do vetor da rotação local do fluido, referida à superfície terrestre. 13 A vorticidade potencial é a tendência para a rotação de coluna de fluido, tendo em conta a soma
17 desta forma, os fluxos zonais formam-se de modo a compensar esse aumento, originando uma divergência de VP.
Figura 7 - Esquema representativo do local de forçamento de massa onde os fluxos zonais fecham a circulação ciclónica.14
Luísa Lamas (2009) afirmou que existem duas maneiras de forçar o escoamento em estudo, o primeiro e como descrito anteriormente será pela perda e ganho de massa de água nas diferentes camadas, e o segundo será induzido por vórtices associados à variação da espessura da camada de água pela variação da batimetria por exemplo no talude continental. Este forçamento é denominado pluma β topográfica. A variação de batimetria na região, Figura 8, de fluxo da MOW deverá também ser importante (Lopes da Costa, 2016).
Na investigação realizada por Ozgokmen (2001), este concluiu que o mecanismo da pluma β pode não ser o único fator importante na dinâmica da CA e da CCA, no entanto é provavelmente o principal fator no controlo da localização destas correntes, constatando-se assim que o transporte destas massas de água são sensíveis a dois fatores principais: a intensidade do débito descendente e do local do afundamento da MOW.
18
Figura 8 - Esquema representativo da batimetria do Estreito de Gibraltar.15
Assim, segundo L. da Costa (2016), acredita-se que o mecanismo da pluma β, associado à CA e à CCA, começa por ser uma pluma β topográfica ao longo do talude no nordeste do Golfo de Cádis que, com o atrito turbulento horizontal, por exemplo associado aos meddies, se estende para o largo e para oeste do Cabo de São Vicente, deixando a batimetria de controlar a pluma, passando esta a ser controlada pelo gradiente de vorticidade planetária.
2.3. Dinâmica costeira de Portugal Continental
O sistema de corrente que existe no espaço marítimo envolvente de Portugal Continental é pouco definido espacialmente devido a intrigantes interações entre a costa e as correntes a uma grande escala, a topografia dos fundos oceânicos e as massas de água. Contudo, Perez et al. (2001) e Martins et al. (2002) consideram que este sistema estende-se desde os 36ºN até aos 46ºN de latitude, e desde as costas ibéricas até aos 024ºW de longitude.
A salinidade e a temperatura nos 100 m mais superficiais variam respetivamente entre 35,8-36,0 ups e entre os 14,0º-19,0ºC, dependendo do domínio da água de upwelling (mais fria) ou do downwelling (mais quente).
19 Este sistema de correntes é sustentado principalmente pela zona do giro subtropical, e é compreendido pela Corrente e Contra Corrente de Portugal, mais conhecida por Corrente de Vertente, sendo o seu limite norte a Corrente do Atlântico Norte, e o seu limite sul a CA (Perez et al., 2001).
A Corrente de Portugal, ou das Canárias é uma corrente larga e lenta que flui em direção a sul, estendendo-se desde os 10ºW até aos 24ºW de longitude, sendo dominante nas épocas de upwelling (Perez et al., 2001; Martins et al., 2002).
O upwelling costeiro deve-se essencialmente devido à pressão que a força do vento exerce na superfície oceânica. Aquando o vento sopra sobre a superfície oceânica, é criado um movimento de deflexão de 45º para a direita, no Hemisfério Norte, devido ao efeito de Coriolis. Este movimento apesar de ter efeito direto nos primeiros metros de profundidade, acaba por se propagar verticalmente ao longo da coluna de água, aumentando o ângulo de deflexão (Dias, 2015). Segundo Cushman-Roisin e Beckers (2008), este movimento de águas está associado ao processo da espiral de Ekman, que resulta do transporte de massas 90º para a direita ou para a esquerda, relativamente ao vetor de tensão do vento, no Hemisfério Norte ou Sul, respetivamente - Figura 9.
Figura 9 – Esquemas representativos do transporte de Ekman nos processos de upwelling, no Hemisfério Norte (à esquerda), e no Hemisfério Sul (à direita).16
16 Adaptado de Essentials of Oceanography, 1996 e Oceanography: An Invitation to Marine Science,
20
Na plataforma continental, uma vez que há um fluxo horizontal a afastar da costa, por conservação da massa, há necessidade de reposição, e daí se dá com movimento ascendente, o upwelling costeiro, de águas mais profundas, para as camadas mais superficiais.
Para além do upwelling, existe a situação inversa, o downwelling, em que os ventos sopram de sul na Costa Oeste de Portugal, ou de leste na Costa do Algarve (Dias, 2015). A Corrente de Vertente, que apesar de estar sempre presente na costa portuguesa, está mais associada ao processo de downwelling, ocorrendo maioritariamente nos meses de outono, inverno e início da primavera, quando o vento sopra para norte, a espiral de Ekman transporta as camadas de água mais superficiais em direção à costa - Figura 10, e por sua vez por convergência horizontal na superfície, as águas são empurradas para a subsuperfície.
Figura 10 - Esquema representativo do transporte de Ekman no processo de downwelling, no Hemisfério Norte.17
No caso do sistema de correntes de Portugal, as camadas de massas de água sobrepostas não podem ser ignoradas, devido à sua direta ligação com a variação sazonal na superfície (Perez et al., 2001). Abaixo da camada de variação sazonal situa-se a ENACW, entre os 200-300 m (Peliz e Fiúza, 1999; Fiúza et al., 1998; Ambar e Fiúza, 1994), sendo que abaixo desta se situa a MW, que desde a profundidade dos 400 m até aos 1300 m domina, representada pelas quentes temperaturas (12,0ºC), e altas salinidades (36,3 ups). A interação da água mediterrânica com os sedimentos existentes na plataforma continental causa
21 alguma turbulência (McCave e Hall, 2002), o que pode levar à formação de meddies (Cherubin et al., 2000; Cherubin 2000), fenómeno mencionado em 2.1.1.
Mediterranean Outflow Water. Locais como a planície abissal de Tagus
(011º-013ºW; 37º-39ºN), o Cabo de São Vicente e o Promontório de Estremadura parecem ser fontes regulares de formação de meddies (Bower et al., 2002; Cuelho et al., 2002; Cherubin, 2000; Huthnance et al., 2002).
Tanto a influência da ENACW como da MW acaba por diminuir em direção a norte (Âmbar e Fiúza, 1994). Segundo Coelho et al. (2002) e Maze et al. (1997), o mecanismo sazonal que ocorre ao longo da Península Ibérica deve-se à migração da alta pressão subtropical, conhecida como anticlone dos Açores, que migra meridionalmente entre os 27ºN (março) e os 33ºN (agosto), enfraquecendo de forma significante nos meses de outono e inverno.
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3. Desenvolvimento da programação computacional
3.1. Método de investigação
Inicialmente, para a fase prática desta investigação existiam várias hipóteses de processos a utilizar, nomeadamente software MATLAB, ferramentas Microsoft e Sistemas de Informação Geográfica (SIG). Depois de alguma ponderação foi decidido a utilização do programa Google Earth, para visualização de imagem satélite de área de investigação, e do software MATLAB, pois com esta ferramenta é possível contextualizar geograficamente os resultados obtidos, resultado que se pretendia obter com SIG.
Para a investigação relativa ao espaço marítimo português, foi necessário ter em conta dois desafios primordiais: primeiro qual seria a área que melhor se identificava com o tipo de estudo, e segundo qual seria a fonte de onde poderiam ser extraídos os dados.
3.1.1. Área de investigação
Para a escolha da área de investigação, foi utilizada como auxílio teórico a publicação IOA 102 - Comandos operacionais nacionais e NATO, áreas de responsabilidade.
Segundo a publicação acima mencionada, o comando operacional COMNAV tem os seguintes comandos em sua dependência: Comando Naval (CN), Comando de Zona Marítima do Norte (CZMN), do Centro (CZMC), do Sul (CZMS), dos Açores (CZMA) e da Madeira (CZMM). Para os presentes comandos exercerem as respetivas missões, existem quatro áreas destinadas ao mesmo, nomeadamente: a área de defesa militar18, a área de fiscalização dos espaços marítimos sob jurisdição nacional que compreende o mar territorial19, as águas interiores20 e a
18 Artigo 3º do Decreto-Regulamentar n.º 39/94, de 1 de Setembro. 19 Artigo 1º da Lei 33/77, de 28 de Maio.
24
zona económica exclusiva21 (ZEE), a área de busca e salvamento marítimo22, e a área operacional da Marinha (AOM).
Posto isto, foi adotada uma área de investigação, a variar entre as latitudes 30ºN e 45ºN, e as longitudes 005ºW e 040ºW. No Google Earth foi representada graficamente esta área - Figura 11 e Figura 12.
Figura 11 - Representação gráfica da área de estudo compreendida entre as latitudes 30ºN e 45ºN, e entre as longitudes 005ºW e 040ºW.
Figura 12 - Representação gráfica da área de estudo e as respetivas divisões pelas latitudes 31,5ºN, 35,5ºN, 39,5ºN e 43,5ºN, e pelas longitudes 011,5ºW, 019,5ºW, 026,5ºW e 035,5ºW.
21 Decreto-Lei n.º 119/78, de 1 de Junho.
25
3.1.2. Base de dados
Depois de alguma pesquisa foi escolhida a World Ocean Atlas 2013 (WOA13) como fonte de extração dos dados oceanográficos necessários para posterior tratamento.
A National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)23 tem como um dos ramos da sua investigação a National Oceanographic Data Center (NODC), que é considerado um dos maiores arquivos de dados climáticos de todo o mundo. Em 1994 foi criada a primeira base de dados, produto da NODC, a World Ocean Atlas 1994 (WOA94) que incluía perfis verticais em vários níveis de profundidade de seis variáveis diferentes: temperatura, salinidade, oxigénio, fosfatos, nitratos e silicatos.
Ao longo dos anos esta base de dados tem vindo a ser atualizada, sendo que em 2013 foi lançada uma nova atualização, a WOD13 (World Ocean Database 2013). Esta é uma expansão do seu antecedente, WOD09 (World Ocean Database 2009), contendo inúmeros dados que até agora não estavam disponíveis.
Na WOD13 o número de níveis de profundidade aumentou de 48 para 138, providenciando assim uma melhor resolução vertical. Tal como na base de dados de 2009, também nesta é possível adquirir os dados online, através do website oficial da NODC24.
Em conjunto com a atualização que deu origem à WOD13, foi também feita uma atualização da WOA09 (World Ocean Atlas 2009), dando origem à WOA13 (World Ocean Atlas 2013). Os WOA representam os dados da WOD analisados em forma de rede, sendo cada variável oceanográfica representada separadamente, e podendo ser estudada consoante o seu nível de profundidade, período de tempo e área geográfica.
As WOD e as WOA são usadas sistematicamente em estudos da variabilidade oceânica num contexto climatológico e, devido a este facto, acabaram
23 Organização que faz parte do Departamento de Comércio dos Estados Unidos e trata de assuntos
como: meteorologia, oceanos, atmosfera e clima.
26
por ficar conhecidas como “Climatologia de Levitus” em honra do seu pioneiro, Sydney Levitus.
Dito isto, os dados que foram extraídos no website oficial da NODC, foram os dados da climatologia mundial desde 1955 até 2012, nas variáveis de temperatura e salinidade nos diferentes níveis de profundidade - Anexo A.
3.1.3. Escolha de gráficos
Adquiridos os dados de temperatura e salinidade, foi levado a cabo tentativas de gráficos que nos permitissem a interpretação e análise de resultados de diferentes perspetivas, nomeadamente por imersões e por latitudes ou longitudes fixas em situações geográficas à escolha.
Para a caracterização dos tipos de massas de água optou-se por analisar o comportamento de quatro propriedades da água, sendo elas a temperatura, a salinidade, a densidade e a velocidade do som. A salinidade mede a quantidade de sais que se encontram dissolvidos nas massas de água, uma vez que estes alteram ligeiramente as propriedades físicas da água como por exemplo a compressibilidade, expansão térmica, e velocidade e refração do som. A salinidade média em mar aberto é de 34,7 ups, podendo variar geograficamente entre 33,0 e 38,0 ups (Lopes da Costa, 2016). Esta propriedade tem também um papel influente na densidade das massas de água, sendo que a densidade aumenta com os aumentos da salinidade e da pressão, e diminui com o aumento da temperatura. A temperatura é uma propriedade proporcional à energia cinética média das moléculas do sistema, sendo que nas camadas superiores do oceano, até aos 500-1000 m de profundidade, nas latitudes baixas e médias, a temperatura é o parâmetro que mais influencia a densidade.
A densidade (kg/m3) é uma variável de extrema importância uma vez que a sua distribuição é relacionada com a força que mostra a circulação interna no oceano, influenciando as forças de impulsão e movimentos verticais e as forças de gradientes de pressão horizontais e movimentos horizontais. Esta propriedade tem grande interesse na oceanografia física uma vez que auxilia a determinação das profundidades em que as massas de água se mantêm em equilíbrio. Como já
27 referido anteriormente a densidade é afetada pela temperatura e pela salinidade, sendo ligeiramente afetada pela pressão, uma vez que a água é quase incompressível.
A energia acústica é uma forma conveniente de se transmitir informações a longas distâncias no oceano, sendo bastante eficaz na medição de profundidades, temperaturas e correntes. A velocidade de propagação da energia acústica (m/s) varia pouco com a salinidade, sendo que os efeitos da temperatura e pressão podem ser mais relevantes. Com o estudo da velocidade do som é possível o cálculo do canal SOFAR25, onde as ondas de som ficam retidas.
Para a caracterização das correntes existentes na área de investigação, mas que não são tão percetíveis, optou-se por analisar graficamente as correntes geostróficas. Segundo L. da Costa (2015) o equilíbrio geostrófico, ou geostrofia, é um movimento de grande escala que é atingido devido a equilíbrio entre a força do gradiente horizontal de pressão (desníveis de superfície do mar ou gradientes horizontais de densidade) e a força de Coriolis da rotação da Terra.
O movimento geostrófico é representado nas componentes horizontais segundo os eixos E/W e N/S, respetivamente, por:
(3)
onde o primeiro membro de cada equação representa a força de Coriolis, e o segundo a força de gradiente horizontal da pressão. Esta é considerada a melhor aproximação para o interior do oceano, afastado da superfície, do fundo e das margens, ou seja na ausência de atrito, sejam do forçamento do vento ou sejam da proximidade do fundo.
25 Sound Fixing and Ranging Channel - SOFAR - é uma região situada nas águas profundas do oceano,
28
3.2. Software Matlab
Para o desenvolvimento deste programa foi utilizado o software Matlab r2015a, e foram utilizadas diferentes funções para que o produto final gerasse os gráficos mencionados em 3.1.3. Escolha de gráficos.
Quanto à programação este projeto pôde ser dividido em três partes principais: a introdução das funções de cálculo da densidade e da velocidade do som na água do mar, construção de uma tabela de cálculo para as variáveis da temperatura e salinidade ao longo das camadas da imersão, tendo em conta também as funções anteriormente mencionadas, e por fim a construção de um Graphical User Interface (GUI) que permitisse ao utilizador uma interação com o produto final.
3.2.1. Funções de cálculo da densidade e da velocidade do som
Para o cálculo da densidade e da velocidade do som na água do mar, foram tidos em conta o estudo de EOS-80, Equation Of State 1980, e o estudo de TEOS-10, Thermodynamic Equation of State 2010.
A EOS-80 foi desenvolvida devido à necessidade de programar algoritmos que permitissem o cálculo da estabilidade de propriedades, particularmente no oceano profundo (UNESCO, 1983). Mais tarde, em 2010, foi desenvolvida a TEOS-10, na tentativa de completar as expressões de entalpia, entropia e energia interna, em falta na EOS-80. A TEOS-10 tem também a particularidade de contabilizar os efeitos de composição da água do mar dependendo da localização geográfica a que se encontram.
Quanto à EOS-80, os dados de temperatura e salinidade necessários para o cálculo desta equação, têm de ser apresentados em unidades in situ26 e salinidade
prática, respetivamente. No que se refere ao cálculo da densidade, este foi obtido
26 Termo utilizado para descrever a temperatura de uma massa de água a uma profundidade
específica. É considerada uma propriedade não conservativa pois o seu valor pode ser alterado por outros processos que não os de mistura, por exemplo, através de compressão e descompressão adiabática.
